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      熱塑性超聲波焊接研究

      發布者:  發布時間:2020/11/17 10:04:56
      超聲波塑料焊接機,中山超聲波,聲峰超聲波設備

      塑料焊接中用到的超聲波,目前的幾種 工作頻率有15KHZ,20KHZ,30KHZ, 40KHZ。下表為塑料在不同頻率的焊接機中的振幅要求,超聲波模具設計的表面振幅需要焊接基材的振幅范圍內。
      塑件的結構 :為了獲得完美的產品外型、穩固可靠的焊點,必須遵從3個關鍵設汁方向:
      1. 起初接觸的2個表面必需小,便于將所需能量集中,并盡可能所需要的總能量(即焊接時長)來完成焊接。
      2. 找到合適的固定和對齊的方法,如塑件的接插孔、臺階或企口這類。
      3. 焊頭需直接觸及并覆蓋全部焊接區域,以滿足焊接點所須的能量傳輸。
      4. 整體塑件的構造
      5. 塑件必須有一定的剛性及足夠的厚度,太薄的厚度有一定的危險性,超聲波焊接時是須要加壓的,一般壓力為2-6kgf/cm2 。所以塑件須要保證在加壓情況下基本不變型。
      6. 如遇罐狀或箱形塑料等,在設計時可以在罐狀頂部加厚塑料件 、增加加強筋、焊頭中間位置避空等方式防止接觸焊頭的表面燒傷、穿孔的情況。
      7.塑料件內部或外部表面附帶的突出或細小件會因超聲波振動產生影響而斷裂或脫落,需通過在附屬物與主體相交的地方加一個大的R角或加加強筋或增加附屬物的厚度與直徑等方式盡可能減小或消除這種問題。
      8.為防止超聲波傳遞過程中會產生干擾和損耗,焊接區上方與焊頭接觸面,塑料件避免設計孔和間隙。
      近距離焊接指被焊接位距離焊頭接觸位在6mm以內,遠距離焊接則大于6mm,超聲波焊接中的能量在塑料件傳遞時會被衰減地傳遞。衰減在低硬底塑料里也較厲害,因此,設計時要特別注意要讓足夠的能量傳到加工區域。
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      遠距離焊接,對硬膠(如PS,ABS,AS,PMMA)等比較適合,一些半晶體塑料(如POM,PETP,PBTB,PA)通過合適的形狀設計也可用于遠距離焊接。
      塑料件焊頭接觸面的設計
      注塑件可以設計成任何形狀,但是超聲波焊頭并不能隨意制作。形狀、長短均可能影響焊頭頻率、振幅等參數。焊頭的設計需要有一個基準面,即按照其工作頻率決定的基準頻率面?;鶞暑l率面一般占到焊頭表面的70%以上的面積,所以,注塑件表面的突超等形狀最好小于整個塑料面的30%。塑料件焊頭接觸面至少大于熔接面,且盡量對正焊接位,過小的焊頭接觸面,會引起較大損傷和變形,以及不理想的熔接效果。
      焊接線設計:焊接線是超聲波直接作用熔化的部分,其基本的兩種設計方式: 能量導向 、剪切設計 。
      能量導向
      能量導向是一種典型的在將被子焊接的一個面注塑出突超三角形柱,能量導向的基本功能是:集中能量,使其快速軟化和熔化接觸面。能量導向允許快速焊接,同時獲得最大的力度,在這種導向中,其材料大部分流向接觸面,能量導向是非晶態材料中最常用的方法。
      能量導向柱的設計方式及尺寸如下圖:
      一般在超音波熔接作業中,根據經驗值最佳的超音波導熔線高度0.3~0.4mm 如:此型Δ,尖角約呈60°或90°;
      在一般水、氣密的要求,導熔線高度應在 0.5~0.8mm 之范圍(視產品肉厚而定),如低于0.5mm以下,要達到水氣密的功能,除非定位設定要非常標準,而且肉厚有 5 mm 以上,否則效果不佳。
      超聲焊接上下殼對位方式的設計
      上下塑料件在焊接過程中都要保證對位準確,限位高度一般不低于1mm,上下塑料平行檢動位必須很小,一般小于0.05mm。
      定位方式一般為:插銷定位、臺階定位。
      剪切式設計
      在半晶體塑料(如尼龍、乙縮醛、聚丙烯、聚乙烯和熱塑聚脂)的熔接中一般采用剪切連接的設計,首先是熔化小的和最初觸的區域來完成焊接,然后當零件嵌入到下起時,繼續沿著其垂直壁,用受控的接觸面來融化。如下圖所示,這樣可能性獲得強勁結構或很好的密封效果,因為界面的熔化區域不會讓周圍的空氣進來。由于此原因,剪切連接尤其對半晶體樹脂非常有用。
      剪切連接的熔接深度是可以調節的,深度不同所獲得的強度不同,熔接深度一般建議為0.8-1.5mm,當塑件壁厚及較厚及強度要求高時,熔接深度建議為1.25X壁厚。
      剪切連接要求一個塑料壁面有足夠強度能支持及防止焊接中的偏差,有需要時,底模的支撐高于焊接位,提供輔助的支撐.|

      超聲波焊接制程控制
      在超音波熔接作業中,產品表面產生傷痕、結合處斷裂或有裂痕、產生溢料或毛邊、熔接后尺寸無法控制于公差內等不良時,首先要檢查設備參數控制,并通過合理的實驗來優化執行參數(預壓力、下降速度、延遲時間、熔接時間、引用介質覆蓋(如PE袋)、模治具表面處理(硬化或鍍鉻)、機臺段數降低或減少上模擴大比等),以獲得良好的品質。
      超聲波在塑料件中傳播,塑料件或多或少對超聲波能量有吸收和衰減,從而對超聲加工效果產生一定的影響,塑料一般有非晶體材料之分,按硬度有硬膠和軟膠之分,還有模數的區分,通俗地來說,硬度高,低熔點的塑料超聲加工性能優于硬度低、高熔點的塑料。

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